遙讀流體流量計的方法、流量計及與此方法相關的伺服器的製造方法
2023-08-07 02:51:16 2
遙讀流體流量計的方法、流量計及與此方法相關的伺服器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及遙讀流體流量計的方法，流量計包括帶有流量計時鐘的模塊和用於向包括伺服器時鐘的伺服器發送帶有時間戳的遙讀信息幀的無線電發射器，發送完所有N幀，流量計模塊轉入接收模式(Rx)一段時間(△Rx)；一接收到帶有時間戳的信息幀，該伺服器確定包含在接收幀中的時鐘信息和伺服器時鐘提供的時鐘信息之間的偏差；接著，若該偏差超過預定的極限（△L)，該伺服器向流量計發射一個校準消息；一收到校準消息，該流量計模塊更新流量計時鐘。
【專利說明】遙讀流體流量計的方法、流量計及與此方法相關的伺服器
【技術領域】
[0001]本發明涉及流體流量計的遙讀方法，按照此方法，流量計包括帶有流量計時鐘的模塊和無線電發射器，用於向包括伺服器時鐘的伺服器發送帶有時間戳的遙讀信息幀。
[0002]本發明還涉及與該方法相關聯的專用流量計和伺服器。
[0003]更具體地說，本發明涉及，但不僅僅涉及水或氣體的流量計。
【背景技術】
[0004]在傳統的射頻遙讀網絡中，該流量計的發射器以確定的周期性按照預定的日曆發送其數據。該發射器被編程以便，例如，在6:00,12:00,18:00和24:00進行測量或發送。
[0005]該發射器，用電池供電，被設計來運行約15至20年。為了降低這些產品的成本，使用質量相對較差的運行良好的石英。一般流量計的石英時鐘具有約百萬分之(ppm)+/-20的內在精度和約每年百萬分之(ppm)+/-3的老化漂移。因而，在10年結束時時間偏差可能約達百萬分之40或者更多。這意味著在10年之後可能有1.4小時的偏差和在20年之後有5.5小時的偏差。
[0006]因而，相對於絕對時間，一般稱為協調世界時(UTC (Coordinated UniversalTime))，發射器的測量(或發送)時刻也偏離初始編程的發射時間和日期，不再遵守該時間和日期。
[0007]因而，主要的困難在於如何通過該射頻遙讀網絡對發射器時鐘定期進行更新。
[0008]在該網絡系統中，使用NTP協議。客戶定期請求伺服器進行更新。該伺服器送回它的時間以及客戶請求到達的時間和伺服器開始響應的時間。該客戶知道他的請求發送時間和該響應的接收時間，於是可以計算他的內部時鐘和基準時鐘之間的時間差和消息在該網絡中傳播的時間。
[0009]同樣可以實現定期的，例如，每天一次的時間更新系統。
[0010]這樣的更新在該網絡上產生大量的數據流，這對其容量是一個衝擊。
[0011]在一個固定的遙讀網絡系統中，可以發現在給定時間讀取流量計用的不同的體系結構:連接到流量計的無線電模塊是雙向的(發射器/接收器)，或是單向的。
[0012]人們尤其對短波固定遙讀網絡的情況感興趣(ISM頻帶868MHz或433MHz)。
[0013]在雙向流量計的情況下，該模塊在接收模式下「監聽」無線電連接，等待讀取命令。該命令來自與基準(例如，用NTP連接至同步網際網路的伺服器)同步的網絡實體。以永久性的偵聽/接收模式實現帶有流量計模塊的真正的雙向網絡是複雜的，需要笨重的基礎設施並在流量計電池方面消耗大量能量。
[0014]在單向流量計的情況下，這些模塊每X秒，X在10至40秒之間，只用發射器傳輸讀取的流量計值。同步接收器，例如，用NTP同步的網關GPRS，或者GPS同步的設備，將在所希望的時間「監聽」該發射器。測量上的時間誤差為發送器的發射頻率的數量級，即幾秒。
[0015]用這樣的方法需要發射大量數據，這對網絡的尺寸有影響，而且同樣嚴重衝擊流量計的電耗或發射器的射程。在流量計利用電池工作的情況下，這導致流量計自治性的減尋層。
[0016]此外，利用比較精確的時鐘會產生高成本。
【發明內容】
[0017]考慮到這些不同的缺點和困難，本發明的目的在於，尤其是，提供一種方法，它允許保徵遙讀信息計時的可靠性，而又不論對網絡的容量和成本，還是對流量計的電耗和流量計利用電池組或電池工作時的自治性都不產生負面衝擊。
[0018]按照本發明，一種流體流量計的遙讀方法，其中，流量計包括帶有流量計時鐘的模塊、無線電發射器/接收器，用於向伺服器發送含有日曆時間戳的遙讀信息幀，該伺服器包括伺服器時鐘和無線電接收器/發射器，其特徵在於，
[0019]在發射該幀之後，所有N個幀被傳送，流量計模塊轉入接收模式(Rx)達確定的時間段(Δ Rx),
[0020]一接收到含有日曆時間戳的信息幀，伺服器確定包含在所接收幀中的時鐘信息和伺服器時鐘提供的時鐘信息之間的偏差，
[0021]然後，若該差值超過預定的極限(Λ L)，則伺服器向流量計發射校準消息，
[0022]一收到校準消息，流量計模塊更新流量計時。
[0023]在其後該流量計模塊轉入接收模式的發射幀數N —般是一個超過I的整數。發射校準消息用的偏差的預定的極限Λ L可以在30秒和2分鐘之間，尤其等於I分鐘。
[0024]該校準消息最好包括校準消息包括用於補償所確定的偏差的即時修正指令和用於消除或減少未來偏差的周期修正指令，尤其是由於老化造成的偏差。
[0025]最好，該流量計模塊根據周期(P)，轉入發射模式(Tx)，必要時隨後有接收模式，用於回到多次發射之間的休息狀態以便節省能量。周期P可以是4小時或者4小時的倍數。
[0026]在其間流量計模塊轉為接收的時間段Λ Rx為在60ms和200ms之間，尤其等於120ms (毫秒)。
[0027]接收模式(Rx)包括兩個階段，具有持續時間Λ Rxa的第一階段Rxa預設地實施，並且在第一階段期間該流量計模塊開始接收校準消息，流量計模塊轉入接收模式Rxb第二階段，第二階段具有超過第一階段特續時間Λ Rxa的持續時間Λ Rxb0
[0028]接收模式第一階段的持續時間Λ Rxa可以在2和5ms之間，尤其等於3ms。該持續時間Λ Rxb可以在60ms和200ms之間，尤其等於120ms。
[0029]該流量計最好包括一個標識符，包括在向該伺服器發送的每個含有日曆時間戳的信息幀內。
[0030]測量消耗量之後，含有日曆時間戳的信息幀的發射按照預定程序在時間上被延遲，該伺服器利用流量計標識符來標識相應的程序並在偏差計算中考慮該幀的延遲發射。
[0031]本發明還涉及流體流量計，尤其是水或氣體流量計，包括計量裝置、帶有流量計時鐘、無線電發射器和無線電接收器的模塊，以及能夠按照上述方法進行使用的流量計時鐘更新裝置。
[0032]本發明還涉及一種伺服器，包括發射器和接收器、伺服器時鐘和能夠按照上述方法進行使用的偏差測量裝置。【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]參照附圖閱讀下面對推薦的但沒有任何限制特性的實施方式的描述，本發明的其他特徵和優點將會變得明顯。附圖中:
[0034]圖1是水流量計的示意圖，帶有與伺服器通信的遙讀模塊；
[0035]圖2是一個示意圖，說明該流量計和該伺服器之間的傳送；而
[0036]圖3是偏差和校正實例的表。
【具體實施方式】
[0037]在利用169MHz頻帶的長距離固定遙讀網絡的情況下，載波可達50米至幾公裡，這些流量計模塊是單向的只帶有一個發射器，由於節省電池組或者電池，每天發送4到12次之間的信息幀。
[0038]在製造階段，對該發射器進行校準，以減少其與頻率基準的初始誤差，但是流量計時鐘的時間漂移(d6rive)仍舊存在。
[0039]按照本發明，為了消除或減少這種時鐘的時間漂移，而又不使網絡複雜化及增加流量計模塊的電消耗，實現簡化的雙向模式，以此該固定網絡可以伺服流量計發射器的時鐘。
[0040]在圖1中人們可以看到，水流量計I包括一個帶有流量計時鐘的模塊2，和無線電發射器3，用以向伺服器4發送帶有時間戳的遙讀信息幀，該伺服器包括時鐘伺服器、接收器和發射器。
[0041]流量計模塊的時鐘是石英時鐘，它顯示兩種漂移類型:相對於協調世界時，直接由製造時決定的正或負的內在漂移，和由於老化造成的正或負的漂移。該流量計模塊包括一個其時鐘的更新裝置。
[0042]在該一個或多個流量計I和該伺服器4之間的傳送以示意圖示於圖2，並按照本發明執行如下。
[0043]在伺服器4處，該網絡用NTP型系統與協調世界時UTC同步。因而，該伺服器4從流量計I接收的所有信息都相對於UTC(協調世界時)以超過一秒的精度被印上時間日曆戳。無線電波的傳播時間可以忽略不計，並假定消息的發射時間等於其接收時間，這對於希望的精度是足夠的。
[0044]在時刻t0，該流量計模塊轉入發射模式Tx —個在60ms和200ms之間，具體地說，等於120ms的時間段Λ Tx，並發射一個包含以8位編碼的時間戳的信息幀，包括一個讀出的測量值以及該流量計的系列號。
[0045]根據流量計的系列號、不同的消息域和消息接收UTC時間，該伺服器4被編程來確定該流量計模塊I進行測量的時刻。
[0046]此外，該伺服器識別流量計模塊發射器的發射日曆，就是說，設想的流量計發射時亥IJ。該伺服器4被編程以在幾次接收結束時確定流量計時鐘頻率的漂移數值。這個漂移對應於按照該日曆設置的測量時的理論世界標準時和該測量的實際世界標準時之間的差值。按照流量計時鐘相對於世界標準時是滯後或超前，這個漂移可以是負或正。
[0047]一旦算出這個漂移，就可以簡單地以下列形式發送漂移修正命令:
[0048].設置當前時間[0049].和小時數，此小時數後流量計模塊應該利用其更新裝置系統地在其內部時鐘或流量計時鐘上減去或加上一個確定的時間值，特別是I秒。
[0050]只有當真實的信息接收時間和理論的信息接收時間之間的偏差超過預定的極限Δ L時才發送該命令，該極限最好在30秒和2分鐘之間，具體地說，等於I分鐘。
[0051]當發射時間Λ Tx,特別是120ms已經逝去時,流量計模塊轉入接收模式Rx,它最好包括兩個階段。持續時間為Λ Rxa，特別是3ms的第一階段Rxa作為預設來實現。
[0052]若在該階段Rxa和時間Λ Rxa期間該流量計收不到任何信息，則中止接收模式，而該流量計等待在周期P，具體地說，4小時結束後的時刻tl開始的下一通信序列。
[0053]若在階段Rxa期間，該流量計模塊開始接收校準消息，則流量計模塊轉入第二階段，在一個超過第一階段的持續時間Λ Rxa的持續時間Λ Rxb期間的接收模式Rxb。持續時間Λ Rxb最好在60ms (毫秒)和200ms之間，具體地說，等於120ms (毫秒)。
[0054]當完全收到該校準消息時，該流量計模塊退出接收模式Rxb，並停止通信直至4小時的周期P結束時的時刻Tl。
[0055]在伺服器4確定老化漂移約為每年百萬分之3的情況下，該漂移約為3x (365x24x60) /IO6，即約為1.58分/年，即94.8秒/年，即約為7.9秒/月。
[0056]若流量計發射器時鐘超前世界標準時，則當在消息真實的接收時間和消息理論的接收時間之間的偏差超過該預定的極限Λ L，特別是I分鐘時，該伺服器4發送修正命令。
[0057]響應該命令，該流量計發射器模塊將:
[0058].立即在其內部時鐘每小時減小一分鐘，
[0059]?在其內部時鐘每92.6小時減小I秒(老化漂移是7.9秒/月，即7.9秒/30.5X24小時，即7.9秒/732小時，即I秒/92.6小時)。
[0060]為了闡明該方法，對於在時刻t0精度為20ppm(初始不確定性)而且老化年漂移為每年3ppm的時鐘，一組校準數值以表的形式示於圖3。
[0061]圖3的表包括第一行，題為:以年的日期和兩組各3行，題為:以分鐘的最大漂移；以小時的最大漂移；時鐘更新周期。
[0062]第一組的三行對應於未校準的時鐘(未對初始不確定性進行修正)。第一年的最大漂移是每年百萬分之23，即用分鐘表達:
[0063]23x (365x24x60)分 /IO6,約為 12.09 分鐘，
[0064]取整為12.1分。因而總漂移約為每月I分鐘。第一年內部時鐘減小I秒的更新周期是12.08小時。對於其餘各年的數據列於該表中。
[0065]第二組三行對應於校準過的時鐘(修正了初始不確定性)。對於第一年，每年(老化)漂移3ppm約為每年1.6分鐘，即7.9秒/月，即I秒/92.59小時。因而，第一年內部時鐘減小I秒的更新周期為92.59小時。對於第二年，每年6ppm的老化漂移推算出為每年
4.7分鐘的漂移和每30.86小時的更新周期。
[0066]隨後各年如此類推。
[0067]按照本發明的裝置有許多優點。
[0068]它允許獲得固定日期的消耗量信息，而沒有顯著的誤差，這是某些消費者要求的。
[0069]沒有修正的流量計時鐘每年可能偏移12分鐘，即在流量計的估計使用壽命的20年偏移5.5小時，這樣一個偏差往往是難以接受的。[0070]但是進行流量計時鐘的修正無需笨重的基礎設施和費用，而且即使傳輸距離遠也一樣。
[0071]該修正信息尺寸非常小，約8位，因而並不會使網絡堵塞。
[0072]按照簡化雙向模式工作允許只利用單一頻率和避免求助於非常笨重的基礎設施。事實上，真正的雙向網絡需要實現繁重的通信協議。
[0073]本發明適用於所有類型的流體流量計，具體地說，水或氣體流量計，而且適用於把電看作流體的電流量計。
【權利要求】
1.一種流體流量計的遙讀方法，其中，流量計包括帶有流量計時鐘的模塊、無線電發射器/接收器，用於向伺服器發送含有日曆時間戳的遙讀信息幀，該伺服器包括伺服器時鐘和無線電接收器/發射器，其特徵在於， 在發射該幀之後，所有N個幀被傳送，流量計模塊轉入接收模式(Rx)達確定的時間段(Δ Rx), 接收到含有日曆時間戳的信息幀，伺服器確定包含在所接收幀中的時鐘信息和伺服器時鐘提供的時鐘信息之間的偏差， 然後，若該差值超過預定的極限(Λ L)，則伺服器向流量計發射校準消息， 接收到校準消息，流量計模塊更新流量計時鐘。
2.按照權利要求1的遙讀方法，其特徵在於，傳送N個幀後流量計模塊轉入接收模式中所述的N個幀的數目N為一個大於I的整數。
3.按照權利要求1或2的遙讀方法，其特徵在於，關於發射校準消息的偏差的預定極限(Δ L)在30秒和2分鐘之間，尤其等於I分鐘。
4.按照上述權利要求中任一項的遙讀方法，其特徵在於，校準消息包括用於補償所確定的偏差的即時修正指令和用於消除或減少未來偏差的周期修正指令。
5.按照權利要求1的遙讀方法，其特徵在於，根據周期(P)，流量計模塊轉入發射模式(Tx)，必要時隨後有接收模式，用於回到多次發射之間的休息狀態以便節省能量。
6.按照權利要求1的遙讀方法，其特徵在於，接收模式(Rx)電括兩個階段，具有持續時間(ARxa)的第一階段(Rxa)預設地實施，並且在第一階段期間該流量計模塊開始接收校準消息，流量計模塊轉入接收模式(Rxb)第二階段，第二階段具有超過第一階段持續時間(Δ Rxa)的持續時間(Λ Rxb)。
7.按照權利要求6的遙讀方法，其特徵在於，接收模式第一階段的持續時間(ARxa)在2和5ms之間，尤其等於3ms。
8.按照權利要求1的遙讀方法，其特徵在於，在其間流量計模塊轉為接收的時間段(Δ Rx)為在60ms和200ms之間，尤其等於120ms。
9.按照上述權利要求中任一項的遙讀方法，其特徵在於，流量計包括標識符，該識別符包令在向伺服器傳輸的每個含有日曆時間戳的信息巾貞中。
10.按照權利要求9的遙讀方法，其特徵在於，測量消耗量之後，含有日曆時間戳的信息幀的發射按照預定程序在時間上被延遲，該伺服器利用流量計標識符來標識相應的程序並在偏差計算中考慮該幀的延遲發射。
11.一種流體流量計，尤其是水或氣體流量計，包括計量裝置、帶有流量計時鐘、無線電發射器和無線電接收器的模塊，以及能夠按照權利要求1至10中任一項的方法進行使用的流量計時鐘更新裝置。
12.一種伺服器，包括發射器和接收器、伺服器時鐘和能夠按照權利要求1至10中任一項的方法進行使用的偏差測量裝置。
【文檔編號】G01D4/00GK103765915SQ201280032412
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年6月26日 優先權日:2011年6月27日
【發明者】P·卡爾韋 申請人:蘇伊士環境集團